JP7329050B2 - 電力を生成するための水中発電所 - Google Patents

Description

本発明は、電力を生成するための水中発電所に関する。水中発電所は、最小深さDminに提供されたアンカーと、少なくとも1つの羽根を含むビークルとを含む。アンカーカップリングによってアンカーに回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによってビークルに取り付けられた少なくとも1つのテザーによってアンカーに固着されるように、ビークルが配設されている。ビークルは、水中発電所の運転中、羽根を通過する流体流によって所定の軌跡で動くように配設されている。ビークルは、水中発電所の非運転中、アンカーよりも本質的に上の位置にとどまるように配設されている。本発明はまた、水中発電所を提供するための方法に関する。

水中発電所の現在の解決手段は、水中発電所のビークルを容易に設置しかつ回収するために、水中発電所が設置される水柱の水深を超える長さのテザーを必要とする。この条件は、潮の方向が変化するとき、または他の低流動条件の間に、水中発電所のビークルを常に憩流中に沈めたままに維持するという複雑な問題を招く。これは、水中発電所の様々なパーツのための複雑な制御システムおよび浮力抑制を必要とする。

さらに、テザーそのものがシステムに全抗力を加え、それによって性能を低下させる。抗力はテザー長の関数である。すなわち、テザーが長ければ長いほど、抗力は増す。これは、この技術をより深い水の中へと展開することを考慮するとき、テザーによって加えられる抗力が、水中発電所が効率的に運転することを非常に困難にするため、なおさらに重大である。

したがって、水中発電所の分野には改善の必要がある。

本発明の1つの目的は、前述の問題が少なくとも部分的に回避される、電力を生成するための新規な水中発電所および水中発電所を提供する方法を提供することである。この目的は、請求項1および9の特徴部分の特徴によって達成される。本発明の変形が従属項に記載される。

本発明は、電力を生成するための水中発電所に関する。水中発電所は、最小深さDminに提供されたアンカーと、少なくとも1つの羽根を含むビークルとを含む。アンカーカップリングによってアンカーに回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによってビークルに取り付けられた少なくとも1つのテザーによってアンカーに固着されるように、ビークルが配設されている。ビークルは、水中発電所の運転中、羽根を通過する流体流によって所定の軌跡で動くように配設されており、水中発電所の非運転中、アンカーよりも本質的に上の位置にとどまるように配設されている。テザーは、水中発電所の運転中および非運転中に、水中発電所が流体中に完全に沈められるような非伸長テザー長を有する。非伸長テザー長は、羽根の翼幅の約2～20倍、具体的には羽根の翼幅の約3～12倍、より具体的には羽根の翼幅の約5～10倍である。

水中発電所の運転中および非運転中の両方で、水中発電所を完全に沈め、同時に、羽根の翼幅の約2～20倍である長さのテザーを提供することにより、例えば航路を妨げるリスクを冒さない安全なクリアランス深度で設置することができ、同時に、望ましい揚抗比を保証するテザー長とビークルの翼幅との関係を提供する水中発電所が可能になる。

非伸長テザー長が羽根の翼幅に対して短いとき、所定の軌跡は小さく、これはビークルが常に旋回することを意味する。一般に、より短いテザー長、例えば羽根の翼幅の約2～5倍のテザー長は、アレイ内のより高いパッキング密度、すなわち、単位面積あたりより多くの発電所、ならびに、より浅い水中への設置のための開放を可能にする。

非伸長テザー長が長いとき、ビークルは、旋回することなく所定の軌跡の一部に沿って動く、かつ／またははるかに大きな曲率半径で旋回することができる。これが、速度（velocity）（および速さ(speed)）の変化を減らし、また、サイクル数（疲労など）をも減らす。一般に、テザー長が長ければ長いほど、例えば、羽根の翼幅の約15～20倍のテザー長は、より深い水の中への設置を可能にする。

羽根の翼幅の5～15倍のテザー長は、より短いテザー長に適した設置深度と、より長いテザー長に適した設置深度との間に入る設置深度で使用することができ、また、所定の軌跡の最適化を可能にする。

本出願において提示される解決手段は、ビークルを常に沈められた状態に維持するように設計されたオンボードシステム（テザー長が、非運転中にビークルが水面に出てしまうような長さであるとき必要である）を回避することにより、水中発電所の運転を簡単にすることを目的とする。

海底、湖底または河床に限らずアンカーを有することにより、水中発電所は、他のやり方ならば利用することが困難であろう深さで多用途に設置することができる。したがって、この解決手段は、より深い場所への水中発電所の設置を可能にし、おそらくは、アンカー（他方で、それ自体よりもずっと下の海底に取り付けることができる）に取り付けられたテザーを有することによって、テザーを設計するときに、場所の深さに依存しないシステムを作製することができる。これはまた、はるかに大きな羽根をもつ水中発電所のビークルを設計することができるという結果をもたらし、それが、今日可能であるよりも低い流速で羽根が動くことを可能にする。海流による発電が、そのような場合、より低い流速を利用することができる一例である。

このようにして、水面操作のためではなく、性能および信頼性のためだけにテザーを設計することができる。また、この解決手段は、結果的に、今日使用されているものよりも短いテザーを可能にし、テザーのコストを減らす。また、テザーをより短くすることができるため、テザー中の電力損失をも減らすことができる。

この解決手段のさらなる利点は以下である。

ノーフローまたはノーフローに近い条件におけるビークルの駐機位置は、本質的にアンカーの真上である。今日、ビークルの駐機位置は基礎の上からオフセットしている。すなわち、ビークルは、基礎の真上の位置から離れた場所に駐機する。

ビークルをその垂直軸を中心に回転させるだけで、憩流旋回を実行することができる。

テザーが全システム抗力を減らし、システムのより高い効率を戻す。

ビークルに搭載されたシステムを取り外したり、その複雑さを減らしたりして、コストを減らし、信頼性を高めることができる。

したがって、テザー長は最小深さDminよりも小さい。

アンカーが、例えば海底、湖底または河床に提供された基礎になるように、水中発電所を設置することができる。アンカーが海底に設置された基礎である場合、流速が周期的性質であるところの潮流と、より不変の流速を有する海流の両方を発電に利用することができる。水中発電所が湖底に設置される場合、湖内の流れまたはその湖に接続している河川から生じる流速を発電に利用することができる。水中発電所が河床、例えば河底に設置される場合、川の中を流れる水の流速を発電に利用することができる。海底、湖底または河床に直に提供された基礎を有することにより、海底への二次的な取り付けは不要である。

テザーの一部は、水中発電所の運転中にアンカーとビークルとの間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素を含み得る。アンカーとビークルとの間の距離を変化させる、またはその変化を可能にすることができる要素は、所定の軌跡全体にわたって、または所定の軌跡の一部にわたって連続的にそれを行うことができる。この要素は、所定の軌跡上でのビークルの速さの変化を減らす。要素は、所定の軌跡上のビークルの速さの変化を減らすことに加えて、またはそれに代えて、ビークルと構造物との間の距離の変化からトランスデューサによって電力が生成されることを可能にし得る。所定の軌跡沿いの特定の地点における速さは、その地点における速度の大きさとして計算される。

非伸長テザー長とは、非運転中の、おそらくはビークルの浮力以外の力が本質的にテザーに作用しないときのテザー長である。この状態において、テザーは、要素の有無にかかわらず、いかなる伸長をも示さない。伸長テザー長とは、運転中のテザー長であり、ビークルに作用する力に依存する。テザーが要素を含まない場合、テザーの弾性が伸長テザー長を決定する。テザーが要素を含む場合、要素およびおそらくはテザーの弾性が伸長テザー長を決定する。非運転中、要素は、非伸長テザー長に含まれる非伸長長を有する。運転中、伸長テザー長は、クリアランス深さ以上の深さが常に維持されるような長さである。

標準的なテザーにおいては、テザーが所定の軌跡上で様々な引張荷重にさらされるため、ビークルと構造物との間の距離は変化する。引張荷重の変化は、羽根およびひいてはビークルの速さに対して二次方程式的関係を有する。引張荷重のこの変化は、テザーが所定の軌跡にわたって弾性的伸縮を示し、それにより、ビークルと構造物との間の距離を制御不能に変化させることを招き、それが、場合によっては、また、観点によっては、望ましくない場合がある。

所定の軌跡の一部の上または間でビークルと構造物との間の距離を連続的に変化させる、またはその変化を可能にするように配置されている要素を有するテザーを有することは、ビークルの所定の軌跡の異なる部分の上および／または間での速さの制御された平滑化につながる。「変化させるように配置されている」とは、要素が、受動的ではあるが、水中発電所の性質、水中発電所の場所および他の設計特徴に依存し得る、ばね定数などの所定の特徴を有することを意味する。「その変化を可能にするように配置されている」とは、特定のパラメータ内で距離を調整することができるように要素を能動的に制御することができることを意味する。

要素を構成するテザーの部分はテザー長の約5～15％を構成し得る。これが、テザーの耐久性と、適当な特性を有するテザーを設計することができることとの間の良好なトレードオフを可能にする。一例において、電力定格100kWの水中発電所の場合、高さ約2.5メートルのポリマースプリングの形態の要素が加荷重を取り扱うことができる。このような水中発電所の場合のテザー長は約20～40メートルであり、要素をテザー長の6.25～12.5％にする。これは、例えば要素をより幅広にすることにより、他の定格電力の水中発電所にも適用可能である。さらに、テザーにかかる相対的な流れが低い場合、要素をできるだけアンカーに近づけることが好ましい。テザー全長の5～15％がこれに妥当な数値であることが、テストによって示された。

要素は、スパイラルスプリングもしくはコイルスプリング、ディスクスプリングスタック、エラストマースプリング、またはガススプリングのうちの1つまたは複数を含み得る。

テザーは、アンカーから解放可能であるように配設されたアンカーカップリングに解放可能に取り付けられ得る。アンカーカップリングおよびテザーを、流体の表面へと、および該表面から運ぶことができるように、アンカーカップリングが、アンカーから流体の表面まで延びるアンカーラインに移動可能に取り付けられ得る。これが、テザーを、それに付いた水中発電所のビークルとともに、水中発電所のビークルの設置中または保守後にアンカーまで下げる、もしくは降ろす、または保守のために表面まで引き揚げることを可能にする。

アンカーカップリングは浮揚性であり得る。テザーおよびビークルがアンカーカップリングから取り外された後、アンカーカップリングを流体中に残しながら、テザーおよびビークルを保守のために陸挙げすることができる。ビークルおよびテザーをアンカーカップリングに再度取り付け、水面から戻したのち簡単に見つけることができるよう、ブイなどの標識によってアンカーカップリングをマークすることができる。あるいはまた、テザーを、アンカーカップリングに取り付けたまま置いて、ビークルのみを保守のために陸揚げすることもできる。

水中発電所の運転中、少なくとも1つのタービンが、水中発電所の羽根に取り付けられ、発電のための発電機に接続され得る。発電機に接続されたタービンを使用して発電を実施することができる。タービンは水の中のビークルの動きによって回される。生成された電力は、テザーに配設された電気ケーブルを介してアンカーおよび／または基礎から沿岸施設へと運ばれる。

運転中に所定の軌跡上を、変化する速さでまたは本質的に同じ速さで動くように、ビークルが配設され得る。ビークルが所定の軌跡沿いのどこにあるのかに依存して、ビークルの速さは、ビークル、テザーおよび／または水中発電所の他のパーツに作用する力を制御するために変化し得る。所定の軌跡沿いの特定の地点における速さ（speed）は、その地点における速度（velocity）の大きさとして計算される。あるいはまた、速さを軌跡全体にわたって本質的に同じに維持して、より均一な出力を得ることもできる。

本発明はまた、電力を生成するための水中発電所を提供する方法に関する。水中発電所は、アンカーと、少なくとも1つの羽根を含むビークルとを含む。ビークルは、少なくとも1つのテザーによってアンカーに固着されるように配設されている。ビークルは、水中発電所の運転中、羽根を通過する流体流によって所定の軌跡で動くように配設されており、ビークルは、水中発電所の非運転中、アンカーよりも本質的に上の位置にとどまるように構成されており、方法は、
流体中の最小深さDminにアンカーを提供する工程と、
ビークルに接続されているテザーをアンカーに取り付ける工程と
を含み、水中発電所は、水中発電所の運転中および非運転中に流体中に完全に沈められており、テザー長は、羽根の翼幅の約2～20倍、具体的には羽根の翼幅の約3～12倍、より具体的には羽根の翼幅の約5～10倍である。

方法はさらに、
アンカーとビークルとの間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素
を含む部分を有するテザー
を提供する工程
を含み得る。

方法はさらに、
アンカーに解放可能に取り付けられたアンカーカップリングをテザーに提供する工程
を含み得る。

方法はさらに、
アンカーカップリングが移動可能に取り付けられるアンカーラインを、アンカーに提供する工程
を含む。

方法はさらに、
水中発電所の運転中の発電のために、発電機に接続されたビークルの羽根に取り付けられた少なくとも1つのタービンを、ビークルに提供する工程
を含み得る。
[本発明1001]
電力を生成するための水中発電所（1）であって、
最小深さDminに提供されたアンカー（2）と、
少なくとも1つの羽根（4）を含むビークル（3）と
を含み、
該ビークル（3）が、
アンカーカップリング（19）によって該アンカー（2）に回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによって該ビークル（3）に取り付けられた、少なくとも1つのテザー（5）
によって該アンカー（2）に固着されるように配設されており、
該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の運転中、該羽根（4）を通過する流体流（7）によって所定の軌跡（6）で動くように配設されており、
該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の非運転中、該アンカー（2）よりも本質的に上の位置にとどまるように配設されており、
該水中発電所（1）が、該水中発電所（1）の運転中および非運転中の両方で、流体（9）中に完全に沈められていることと、
該テザー（5）が、該羽根（4）の翼幅（W）の2～20倍、具体的には該羽根（4）の該翼幅（W）の3～12倍、より具体的には該羽根（4）の該翼幅（W）の5～10倍の、非伸長テザー長（L）を有することと
を特徴とする、水中発電所（1）。
[本発明1002]
アンカー（2）が、海底、湖底または河床に配設された基礎である、本発明1001の水中発電所（1）。
[本発明1003]
テザー（5）の一部が、
水中発電所（1）の運転中にアンカー（2）とビークル（3）との間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素（18）
を含む、本発明1001または1002の水中発電所（1）。
[本発明1004]
要素（18）がテザー長の5～15％を構成する、本発明1003の水中発電所（1）。
[本発明1005]
要素（18）が、スパイラルスプリングもしくはコイルスプリング、ディスクスプリングスタック、エラストマースプリング、またはガススプリングのうちの1つまたは複数を含む、本発明1003または1004の水中発電所（1）。
[本発明1006]
テザー（5）が、アンカー（2）から解放可能であるように配設されたアンカーカップリング（19）に解放可能に取り付けられ、
該アンカーカップリング（19）および該テザー（5）を、流体（9）の表面（10）へと、および該表面（10）から運ぶことができるように、該アンカーカップリング（19）が、該アンカー（2）から流体（9）の該表面（10）まで延びるアンカーライン（20）に移動可能に取り付けられている、
前記本発明のいずれかの水中発電所（1）。
[本発明1007]
アンカーカップリング（19）が浮揚性である、本発明1006の水中発電所（1）。
[本発明1008]
水中発電所（1）の運転中の発電のために、発電機（12）に接続された少なくとも1つのタービン（11）が、水中発電所（1）の羽根（4）に取り付けられている、前記本発明のいずれかの水中発電所（1）。
[本発明1009]
水中発電所（1）の運転中に所定の軌跡（6）上を、変化する速さでまたは本質的に同じ速さで動くように、ビークル（3）が配設されている、前記本発明のいずれかの水中発電所（1）。
[本発明1010]
電力を生成するための水中発電所（1）を提供するための方法であって、該水中発電所（1）が、
アンカー（2）と、
少なくとも1つの羽根（4）を含むビークル（3）と
を含み、
該ビークル（3）が、
アンカーカップリング（19）によって該アンカー（2）に回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによって該ビークル（3）に取り付けられた、少なくとも1つのテザー（5）
によって該アンカー（2）に固着されるように配設されており、
該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の運転中、該羽根（4）を通過する流体流（7）によって所定の軌跡（6）で動くように配設されており、
該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の非運転中、該アンカー（2）よりも本質的に上の位置にとどまるように配設されており、
該方法が、
流体（9）中の最小深さDminにアンカー（2）を提供する工程と、
該ビークル（3）に接続されているテザー（5）を該アンカー（2）に取り付ける工程と
を含み、
該テザー（5）が、該水中発電所（1）の運転中および非運転中に該水中発電所（1）が該流体（9）中に完全に沈められるような非伸長テザー長を有し、
該非伸長テザー長（L）が、該羽根（4）の翼幅（W）の2～20倍、具体的には該羽根（4）の該翼幅（W）の3～12倍、より具体的には該羽根（4）の該翼幅（W）の5～10倍である、
方法。
[本発明1011]
海底、湖底または河床に基礎を提供することによってアンカー（2）を提供する工程
をさらに含む、本発明1010の方法。
[本発明1012]
以下：
水中発電所（1）の運転中にアンカー（2）とビークル（3）との間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素（18）
を含む部分を有するテザー（5）
を提供する工程
をさらに含む、本発明1010または1011の方法。
[本発明1013]
アンカー（2）に解放可能に取り付けられたアンカーカップリング（19）をテザー（5）に提供する工程
をさらに含む、本発明1010～1012のいずれかの方法。
[本発明1014]
アンカー（2）カップリングが移動可能に取り付けられるアンカーライン（20）を、アンカー（2）に提供する工程
をさらに含む、本発明1010～1013のいずれかの方法。
[本発明1015]
水中発電所（1）の運転中の発電のために、発電機（12）に接続されたビークル（3）の羽根（4）に取り付けられた少なくとも1つのタービン（11）を、ビークル（3）に提供する工程
をさらに含む、本発明1010～1014のいずれかの方法。

運転中の本発明の水中発電所を模式的に示す。 非運転中の本発明の水中発電所を模式的に示す。 テザー長と羽根の翼幅との関係を模式的に示す。

詳細な説明
羽根の翼幅に依存してテザー長を選択する1つの理由は以下のとおりである。より深い設置深さは、より大きなビークル、すなわちより大きな羽根の翼幅を可能にする。水中発電所のアレイの設置のための計画を立てるとき、まず、所与の定格の水中発電所に適した水深を探し求める。例えば200kWユニットのアイランドモード設置（または単独運転）の場合、まず、設置場所における流れ特性が羽根の翼幅を決定する。次いで、この場所の中で十分な水深を有する区域を見つける。アンカーは、適当な深さに設置することができ、例えば、海底に直に配置された基礎、かさ上げされた基礎、局所的な水中ピークまたはビークルを取り付けるための水柱のどこかにある中間係留具に設置することができる。

小さめのビークルを大きめの深さに設置することもできるが、ビークルは、地域または全世界的な規制によって許される限り、水面近くで作動させることが望ましい。理由は、流速が、多くの場合、水柱のこの部分でより高いからである。

図1は、運転中の本発明の水中発電所1を模式的に示す。水中発電所1は、アンカー2と、少なくとも1つの羽根4を含むビークル3とを含む。ビークルは、少なくとも1つのテザー5によってアンカー2に固着されるように配設されている。ビークル3は、水中発電所の運転中、羽根4を通過する流体流7によって所定の軌跡6で動くように配設されている。

水中発電所1のビークル3が流体流7内に配置されると、流体流7は羽根4の上を移動し、揚力を生じさせる。これにより、羽根4の異なる側の間の圧力差が理由で羽根4を動かす。流体流7は、例えば、潮流または水中の海流であることができる。1つまたは複数の舵面8を使用することにより、羽根4を所定の軌跡6に沿って動かすことができる。舵面8は、例えば、方向舵、補助翼、昇降舵、スポイラまたは補助翼、昇降舵、スポイラおよび方向舵の任意の組み合わせであることができる。図1中、所定の軌跡6は8の字の軌跡である。所定の軌跡6はまた、円形、楕円形または他の閉じた軌跡であることもできる。

図1に見てとれるように、水中発電所1は、運転中、流体9中に完全に沈められている。運転とは、ビークル3が所定の軌跡6に沿って動くことを意味する。図1中、テザー長Lは、設置場所における流体9の深さDminよりも短い。深さDminおよびテザー長Lはいずれも、テザー5がアンカー2に取り付けられている地点から測定される。Dminは、例えば、水面までの距離に関する許可要件（あるならば）（航路、潜水鳥類または任意の他の要件）および他のサイトパラメータ、例えば波の状態によって決まる。

図1は必ずしも縮尺どおりではなく、本開示の背後にある原理を説明することを意図したものである。「水中発電所1が完全に沈められている」とは、ビークル3と流体の表面10との間に常に最小のクリアランス深さdがあることを意味する。完全に沈められているという条件はまた、非運転時および干潮時でも満たされる。非運転とは、ビークル3が所定の軌跡6に沿って動いていないことを意味する。非運転は、例えば潮の方向が変わるときの低すぎる流速から生じることもあるし、ビークルが所定の軌跡に沿って動くのを妨げる他の条件が理由で生じることもある。ビークル3は、潮の満ち引きの間に旋回することができるため、非運転中に動くこともあり、運転中にも動かないこともある。クリアランス深さdは異なり、場合によっては、国内または国際的な規制によって決定される。本例は、航路が上を通過しない設置場所の場合の5メートルから、航路が上を通過する設置場所の場合の20メートルまで、変動する。

ビークル3の羽根4は、1つの局面において、発電機12に接続された少なくとも1つのタービン11を具備し得る。水中発電所1の運転中、流体流7によって駆動される、流体中のビークル3の動きがタービン11および発電機12を回転させ、それにより、電力を生成する。ビークル3の羽根4は、1つよりも多いタービン11／発電機12構成を構成してもよい。タービン11／発電機12構成は、羽根4の上側13または羽根4の下側14に取り付けられ得る。ビークル3の羽根4は、タービン11および発電機12を収容することができる少なくとも1つのナセル15を含み得る。あるいはまた、システムの一部が羽根に組み込まれ、キールポッドがタービン／発電機のみを収容することもできる。また、タービン／発電機が羽根に組み込まれてもよい。

ビークル3はまた、テザー5をアンカー2に取り付ける支柱16を含む。アンカーは、例えばチェーン、第二のテザーまたは類似物によって海底に取り付けられた状態で、深さDminに配置されることができる。アンカー2はまた、海底、湖底または河床などの底面17に配置された基礎であってもよい。そのような場合、基礎は、好ましくは所定の位置に固定または確保される。

運転中に所定の軌跡6上で、変化する速さでまたは本質的に同じ速さで動くように、ビークル3がさらに配設され得る。これが、水中発電所1の様々なパーツに作用する動的な力の制御を可能にする。これは、1つまたは複数の舵面8を操作することによって制御される。あるいはまた、1つまたは複数の支柱の位置の調節またはタービン速さの調節を使用してビークルの速さを制御することもできる。

テザー5の一部は、アンカー2とビークル3との間の距離を変化させるかまたはその変化を可能にするために配設されている要素18を含み得る。要素のないテザーにおいては、テザー5が所定の軌跡6にわたって様々な引張荷重にさらされることが理由で、ビークル3とアンカー2との間の距離は変化する。引張荷重の変化は、羽根4およびひいてはビークル3の速さに対して二次方程式的関係を有する。これは、テザー5が絶えず応力にさらされるとき、テザーが所定の軌跡6にわたって弾性的伸縮を示し、それにより、ビークル3とアンカー2との間の距離を望ましくないやり方で変化させることを招く。要素18は、所定の軌跡6全体にわたって、または所定の軌跡6の一部の間に連続的にビークル3とアンカー2との間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするように配設され得る。「変化させる」とは、要素18が、受動的ではあるが、水中発電所1の性質、水中発電所1の場所および他の設計特徴に依存し得る、ばね定数などの所定の特徴を有することを意味する。「その変化を可能にする」とは、特定のパラメータ内で距離を調整することができるように要素18を能動的に制御することができることを意味する。両オプションとも、所定の軌跡6の異なる部分の上および／または間の、速さの平滑化を招く。速さ（speed）は、所定の軌跡6をカバーするときのビークル3の速度（velocity）の大きさと定義される。

ビークル3に設定された構造上の限界は、時間経過に伴う製品コストおよび総出力の最適化の結果である。羽根4は、低流速時に適切なエネルギー量を抽出／変換するのに十分な大きさおよび効率を有する必要があり得る。その場合、より高い流速時には、そのような相対的に大きく効率的な羽根4の速さは、そのような最適化された構造上の限界を超えないよう、制限される必要があり得る。

水中発電所1の様々なパーツに作用する力の変動の振幅の減少は、例えば材料疲労の理由から有利である。発電の理由については、速さと発電電力との間の三次方程式的関係が考慮される必要がある。発電量は、速さの3乗の積分、すなわち出力曲線下の面積にほぼ比例する。ビークル3に大きな力が作用しているときに、特定の平均速さに向かって速さが低下することにより、所定の軌跡のそれらの部分における発電量は3の累乗に低下するであろう。これが転じて、非常に有意な発電損失を生じさせるであろう。相応に、同じ特定の平均速さに向かって、速さの一時的な低下が上昇する場合、一時的な低下時の発電量の増加は、ピーク低下中に失われる発電量よりもはるかに少ないであろう。平均速さが一定で、速さの変動の振幅が低下していると、発電量の低下を招くであろう。

速さの変動の振幅を小さくし、速さのピークを同じレベルに維持する場合に得られ得る平均速さの増加により、出力の増加を達成することができる。これは、ピーク時に出力の損失がなく、速度曲線の他のすべての部分における発電量の増加を意味する。これは、ピークをカットする必要があり得る大潮の場合に有効である。ピークがカットされなくてもよい小潮中には、所定の軌跡6全体で出力増加が起こるであろう。

速さまたは出力曲線は、より大きな羽根4により、またはより高い流速の設置場所の使用より、より高い平均値まで高められ得る。

要素18を使用してビークル3とアンカー2との間の距離を変化させることを可能にして、速さの変動の振幅を減少させることはまた、大潮時のピーク速さを高めすぎることなく小潮時のビークル3の速さを高めることができるならば、小潮時と大潮字との間の変化が他より大きい場所への、経済的に実現可能な設置を容易にし得る。

要素18はテザー長の5～15％を構成し得る。要素18は、スパイラルスプリングもしくはコイルスプリング、ディスクスプリングスタック、エラストマースプリング、またはガススプリングのうちの1つまたは複数を含み得る。

さらに、トランスデューサ（図示せず）を要素18に接続することにより、距離の変化によって生成される機械エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、ビークル3とアンカー2との間の距離の変化から電気エネルギーを生成することができる。

図2は、アンカー2が、海底に提供された基礎であるときの、非運転中の本発明の水中発電所1を模式的に示す。上述したように、非運転とは、ビークル3が所定の軌跡6に沿って動いていないことを意味する。ビークル3は、それでも周囲の水の動きが理由で動き得るが、電力は生成されない。ビークル3は、水中発電所1が干潮域に設置されたとき、水中発電所1がテザー5を憩流条件で垂直に配置することを可能にする正味の浮力で設置される。浮力は、ビークル3およびテザー5の重量を、水中発電所1全体の利用可能な総浮力に対して設計し、均衡させることによって達成される。あるいはまた、水中発電所1は、海流の中または近くに設置されることもできる。海流の運動の永続性が理由で、ビークル3の浮力は、潮力発電のために設置されるときと同じであるか、またはそれより低くなることができる。

テザー5およびビークル3は、1つの局面においては、1つのユニットとして設置し回収することができる1つのアセンブリである。別の局面において、テザー5およびビークル3はまた、ビークル3とアンカー2との間のどこかに位置するジョイント、カップリングまたは類似物によって接続されることもできる。

抗力を低下させ、ケーブルを保護し、かつ／またはテザー5上に正味ゼロの揚力値を加えて、水中発電所1のビークル3の動きがノーフローまたはローフロー条件で予測可能であることを可能にするために、テザー5は、テザー5の一部または全体にわたって、旋回式のテザー要素（図示せず）を具備し得る。

図2に見られるように、テザー5は、アンカーカップリング19に解放可能に取り付けられている。テザーはまた、アンカーカップリング19によってアンカー2に回転可能に取り付けられ、かつ、少なくとも1つのビークルカップリング（図示せず）によってビークル3に取り付けられている。代替案は、例えば、ビークルが2つのフロントストラットおよび1つのリアストラットを有するところのトップジョイントにテザーを接続すること、ビークルがフロントストラットのみを有するところのトップジョイントにテザーを接続すること、またはテザーがナセルに直結されることである。アンカーカップリング19そのものは、アンカー2から解放可能であるように配設される。アンカーカップリング19は、アンカー2から、水中発電所1が設置されている流体9の表面10まで延びるアンカーライン20に一時的または永久的に移動可能に取り付けられる。アンカーライン20は、まず底面17に対して平行に延び、底面17に対して平行に延びるアンカーライン20の部分を固定するかまたは押し下げる重り21に達することにより、表面10まで延びる。アンカーカップリング19およびテザー5を、該表面10へと、および該表面から運ぶことができるように、重り21から、アンカーライン20が、該表面へと延びている。これが、水中発電所の運転中にアンカーライン20が所定の軌跡6に干渉しないことを保証する。あるいはまた、アンカーライン20全体を底面17またはその近くに維持することもできる。アンカーライン20は、ビークル3およびテザー5を回収する必要があるときに解放することができる。あるいはまた、アンカー2またはアンカーカップリング19上のウィンチを使用して、テザー5および／またはビークル3を表面10へと、および該表面から動かすこともできる。また、永久的なラインシステムを必要としない他のシステムが考えられる。

アンカーが、海底、湖底または河床ではなく、アンカーよりもはるか下の海底に取り付けられている深さDminにある例においては、アンカーラインは、本質的に水平に維持され、アンカーと本質的に同じ深さで中間的に浮揚性であるかまたはアンカーよりもはるか下の海底に取り付けられているアンカーラインアタッチメント（図示せず）によって、アンカーから一定距離を延びることができる。

アンカーラインの表面端は浮揚性であり得、1つの局面において、テザー5およびビークル3が保守後に設置または再設置されるときにアンカーライン20の位置を特定するための、浮動性のマーキング手段22を含み得る。浮動性のマーキング手段22は、例えば、ブイ、無線トランスミッタ、可視光トランスミッタ、GPSマーカまたは類似物であることができる。マーキング手段の組み合わせを使用して、アンカーライン20の位置特定をさらに簡単にすることができる。アンカーカップリング19は、岸までのウィンチまたはライン延長によってアンカー2に接続され得る。

アンカーカップリング19は、1つの局面においては浮揚性である。1つの局面において、アンカーカップリング19はマーキング手段を含む。

図3は、テザー長Lと羽根4の翼幅Wとの関係を模式的に示す。テザー長Lは、羽根4の翼幅Wの約2～20倍、具体的には羽根4の翼幅Wの約3～12倍、より具体的には羽根4の翼幅Wの約5～10倍である。

テザー長Lは、アンカーカップリング19と、ビークル3上の少なくとも1つのビークルカップリングとの間の、テザー5の距離として測定される。テザー5は通常、テザー5とビークル3の羽根4との間に、ジョイント、カップリングまたは類似物などの取り付け点を含む。テザー長Lは、取り付け点と、ビークル3の羽根4の下側14の最低点との間の距離を含む。

羽根4の翼幅Wは、羽根4の一方の翼端から他方の翼端まで、すなわち、羽根4を上から見たとき互いからもっとも遠い羽根4上の点と点との間で測定される。図3に見てとれるように、羽根4は、抗力を低減するためのウイングレット23を含み得る。ウイングレット23は翼幅Wの測定には含まれない。

請求項に記載される符番は、請求項によって保護される主題の範囲を制限するものと見なされるべきではなく、それらの唯一の機能は、請求項をより理解しやすくすることである。

理解されるように、本発明は、特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な明白な点において変形が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的と見なされるべきであり、限定的と見なされるべきではない。例えば、ビークル3は、電気エネルギーを生成するためのタービン11を必ずしも具備する必要はない。電気エネルギーは、要素18に取り付けられたトランスデューサのみによって生成することもできる。

Claims (15)

1. 電力を生成するための水中発電所（1）であって、
   最小深さDminに提供されたアンカー（2）と、
   少なくとも1つの羽根（4）を含むビークル（3）と
   を含み、
   該ビークル（3）が、
   アンカーカップリング（19）によって該アンカー（2）に回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによって該ビークル（3）に取り付けられた、少なくとも1つのテザー（5）
   によって該アンカー（2）に固着されるように配設されており、
   該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の運転中、該羽根（4）を通過する流体流（7）によって所定の軌跡（6）で動くように配設されており、
   該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の非運転中、該アンカー（2）よりも本質的に上の位置にとどまるように配設されており、
   該水中発電所（1）が、該水中発電所（1）の運転中および非運転中の両方で、流体（9）中に完全に沈められており、
   該テザー（5）が、該羽根（4）の翼幅（W）の2～20倍の非伸長テザー長（L）を有し、
   該水中発電所（1）が重り（21）を備え、該テザー（5）が、該アンカー（2）から解放可能であるように配設されたアンカーカップリング（19）に解放可能に取り付けられ、該アンカーカップリング（19）および該テザー（5）を、該流体（9）の表面（10）へと、および該表面（10）から運ぶことができるように、該アンカーカップリング（19）が、該アンカー（2）から該重り（21）へ、さらに該流体（9）の該表面（10）へと延びるアンカーライン（20）に移動可能に取り付けられることと、
   該アンカーカップリング（19）が浮揚性であることと
   を特徴とする、水中発電所（1）。
2. 前記テザー（5）が、前記羽根（4）の翼幅（W）の3～12倍の非伸長テザー長（L）を有する、請求項1記載の水中発電所（1）。
3. 前記テザー（5）が、前記羽根（4）の翼幅（W）の5～10倍の非伸長テザー長（L）を有する、請求項1記載の水中発電所（1）。
4. アンカー（2）が、海底、湖底または河床に配設された基礎である、請求項1記載の水中発電所（1）。
5. テザー（5）の一部が、
   水中発電所（1）の運転中にアンカー（2）とビークル（3）との間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素（18）
   を含む、請求項1～4のいずれか一項記載の水中発電所（1）。
6. 要素（18）がテザー長の5～15％を構成する、請求項5記載の水中発電所（1）。
7. 要素（18）が、スパイラルスプリングもしくはコイルスプリング、ディスクスプリングスタック、エラストマースプリング、またはガススプリングのうちの1つまたは複数を含む、請求項5または6記載の水中発電所（1）。
8. 水中発電所（1）の運転中の発電のために、発電機（12）に接続された少なくとも1つのタービン（11）が、水中発電所（1）の羽根（4）に取り付けられている、請求項1～7のいずれか1項記載の水中発電所（1）。
9. 水中発電所（1）の運転中に所定の軌跡（6）上を、変化する速さでまたは本質的に同じ速さで動くように、ビークル（3）が配設されている、請求項1～8のいずれか1項記載の水中発電所（1）。
10. 電力を生成するための水中発電所（1）を提供するための方法であって、該水中発電所（1）が、
    アンカー（2）と、
    少なくとも1つの羽根（4）を含むビークル（3）と
    を含み、
    該ビークル（3）が、
    アンカーカップリング（19）によって該アンカー（2）に回転可能に取り付けられかつ少なくとも1つのビークルカップリングによって該ビークル（3）に取り付けられた、少なくとも1つのテザー（5）
    によって該アンカー（2）に固着されるように配設されており、
    該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の運転中、該羽根（4）を通過する流体流（7）によって所定の軌跡（6）で動くように配設されており、
    該ビークル（3）が、該水中発電所（1）の非運転中、該アンカー（2）よりも本質的に上の位置にとどまるように配設されており、
    該方法が、
    流体（9）中の最小深さDminにアンカー（2）を提供する工程と、
    該ビークル（3）に接続されているテザー（5）を該アンカー（2）に取り付ける工程と、
    該アンカー（2）に解放可能に取り付けられた浮揚性のアンカーカップリング（19）をテザー（5）に提供する工程と、
    重り（21）を提供する工程と、
    アンカー（2）カップリングが移動可能に取り付けられるアンカーライン（20）を、該アンカー（2）に提供する工程であって、該アンカーライン（20）は、該アンカー（2）から該重り（21）へ、さらに該流体（9）の表面（10）へと延びる、該工程と
    を含み、
    該テザー（5）が、該水中発電所（1）の運転中および非運転中に該水中発電所（1）が該流体（9）中に完全に沈められるような非伸長テザー長を有し、
    該非伸長テザー長（L）が、該羽根（4）の翼幅（W）の2～20倍である、
    方法。
11. 前記非伸長テザー長（L）が、前記羽根（4）の翼幅（W）の3～12倍である、請求項10記載の方法。
12. 前記非伸長テザー長（L）が、前記羽根（4）の翼幅（W）の5～10倍である、請求項10記載の方法。
13. 海底、湖底または河床に基礎を提供することによってアンカー（2）を提供する工程
    をさらに含む、請求項10記載の方法。
14. 以下：
    水中発電所（1）の運転中にアンカー（2）とビークル（3）との間の距離を変化させる、またはその変化を可能にするために配設されている要素（18）
    を含む部分を有するテザー（5）
    を提供する工程
    をさらに含む、請求項10または11記載の方法。
15. 水中発電所（1）の運転中の発電のために、発電機（12）に接続されたビークル（3）の羽根（4）に取り付けられた少なくとも1つのタービン（11）を、ビークル（3）に提供する工程
    をさらに含む、請求項10～14のいずれか1項記載の方法。

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